浅谈活塞加工专用数控机床.pdf

设计与研究 D e s Ig n a n d R e s e a rc h 浅谈活塞加工专用数控机床 顾红光①耿欣② ① 沈阳机床成套设备有限责任公司， 辽宁 沈阳 1 1 0 1 4 2 ； ② 沈阳理工大学应用技术学院， 辽宁 抚顺 1 1 3 1 2 2 摘要 通过对活塞的外圆面进行数学建模 ， 使其 曲面 网格化 ， 编制活塞加工专用软件。为了提高精度及效 率 ， 应用静压主轴单元及全闭环高频晌伺服 系统进行控制。 关键词 活塞高频响伺服 中图分类号 T H1 2 2 ． 1 3 文献标识码 B De s c r i p t i o n o f s p e c i a l CN C ma c h i n e t o o l f o r p i s t o n ma c h i n i n g GU Ho ng g u a n g ① ， GENG Xi n ② S h e n y a n g Ma c h i n e T o o l A u t o mo t i v e E q u i p me n t C o ． ，L t d ． ，S h e n y a n g 1 1 0 1 4 2 ， C H N； P o l y t e c h n i c S c h o o l ， S h e n y a n g L i g o n g U n i v e r s i t y ， F u s h u n 1 1 3 1 2 2 ，C HN Abs t r a c tT hr o u g h bu i l di ng ma t h mo d e l f o r p i s t o n s u r f a c e a n d g r i d di n g，t he s o f t wa r e o f ma c hi ni ng pi s t o n i s c o n- p i l e d． F o r a d v a n c i n g t h e p r e c i s i o n a nd e ffi c i e n c y，u s i n g h y d r o s t a t i c s p i n d l e u ni t a n d c l o s e d l o o p f r e - q u e n c y s e r v o t o ma c h i n e ． Ke y wo r d sPi s t o n；F r e q ue n c y S e r v o 活塞是发动机组成 的关键部件 ， 其加工也属高精 加工 。在 国内应用的活塞加工数控机床与磨床一样 ， 基本都是采用从 t3本 、 德 国以及 中国台湾省等进 口的 机床 ， 内地机床厂基本无法生产出满足要求 的活塞加 工机床 。基于活塞加工的重要性 ， 我公 司也开始研发 活塞加工专用数控机床 ， 并与 国内一名牌大学合作成 功研制 出 S U C 8 1 3 5 、 S U C 8 1 4 8等 系列活塞加工专用数 控机床并投入到活塞加工厂的生产中。这里简述活塞 加工数控机床 的基本结构及工作原理。 1 活塞 的基本特性 最常见的活塞外形是 中凸变椭 圆。加工图纸上常 以椭 圆度 、 形线和某些截面上的形状等数据来描述其 外形面。传统加工方 法为硬靠模加工 ， 在靠模法加工 中人们很少考虑外圆面上某一点的具体坐标。在用数 控法加工时则要建立外圆面的数学模型 ， 首先按照 图 纸要求将外 圆曲面网格化 ， 如 图 1所示 。 只要网格足够密 即 t 和 0足够小 ， 则这些数字 化 了的网格点就能 以足够的精度来代表活塞 外 圆曲 面 。在车削过程中如果刀尖的轨迹能准确地通过这些 网格结点就能加工 出足够理想的活塞 。数控系统的任 务 就 在 于此 ， 即让 刀具在 方 向沿预 先编 好 的轨迹 S 0 ， 运动 。其 中 O i 表示第 i 个转角 ， 表示第j 个截 面 。 S 0 ， 是根据 图纸 要求预先计 算 出来 图1 活塞 网格化 图2 活塞加工 流程 LU 等 再 l￡ 平 弗 ‘ 删 并存放于控制计算机 的存贮器 中的数据 ， 由专用软件 进行数据处理。加工流程如图 2所示。 2 加 工基本 控制理论 当机床主轴旋转时主轴编码器 向计算机发送 主轴 采样信号 C Y 和主轴 同步信号 T B ， 如图 3所示。 ‘ 1 王轴采样 2主轴同步 3 纵向 4纵 向零位 1 ⋯m 肌⋯ 叽 肌 2；几 f 1 ⋯ 丌 ； 3 r _ ] r _ ] 几⋯ r _ ] i 一 I 主轴启动 图3 加工 控制理论 I 加工结束 主轴每转一圈发一个同步信号对应着活塞的长轴 位置。以同步信号为角向基准每收到一个主轴采样信 号 C Y对应着刀尖相对于长轴 的每一个角度 。此外 机床还配备 了一个纵 向零位光 电开关。当机床走刀时 先触发 了纵 向零位。纵向零位对应着活塞裙部的加工 起点。以纵 向零位触发信号为基准 ， 纵 向步进电动机 每走一步发 出一个纵 向信号 Z X对应着刀尖相对于裙 部起始点所处的纵向位置 z 。确定 了 和 z i 后计算机 就能计算出刀具的位移信号 S 0 ， 。该信号通 过 D ／ A转换送到功放驱动直线电动机推动刀架 ， 使刀 尖迅速地到达预定的位置 。 3 机床的基本结构 活塞加工属于模具仿形加工 ， 用普通数控系统加 工指令无法对其进行加工 。本机床主要是在数控机床 上增加工业 控制计算机 、 功放 系统、 径 向角度检测元 件 、 纵向位置元件、 测量反馈装置等部分 。在加工过程 中 ， 数控系统编译简单 的加工程序 ， 即主轴转动 、 z 轴 D 嘶n a n d R e s e a 设计与研究 及 轴直线运动。控制计算机通过 z轴纵 向零位光 电开关来启动系统 ， 径 向角度检测元件及纵 向位置元 件实时地 向控制计算机报告刀具相对工件的位置。控 制计算机则依次将 已准备好的活塞 ” 软靠模 ” 文件中 的数据送到功率放大器中， 高频响微动伺服机构接受 放大器的信号 ， 驱动刀具按要求 的规律运动 以加工出 所需的活塞中凸形线和椭圆截面形线 。测量反馈装置 用于改善加工过程的质量。本机床对主轴跳动要求很 高， 因为活塞不仅要求精度， 还要求表面光滑度 刀 纹 ， 还要求加工效率 。所 以本机 床采用恒温静压 主 轴单元， 能保证加工的高精高效。机床的基本组成如 图 4所示 。 4 结语 图4 机床基本结构 活塞加工专用数控机床的研制 ， 打破 了国外对此 类机床的垄断地位 ， 降低 了活塞加工单位的设备成本。 对于一直应用传统靠模加工活塞 的单位 ， 为他们提供 了一种加工精度更高 、 效率更快的加工方案 。 参考文献 [ 1 ] P T c 5活塞数 控 车 削系 统使 用说 明书 [ Z] ． 北 京 国防科技 大 学 ， 2 0 0 5 编辑 宋业钧 收稿日 期 2 0 1 1 0 5 0 3 9 _ 一 _ 一 ． _ 书 讯 汽车覆盖件模具 设计 与制造全过程检验 图解李用哲编著 邮购价 4 7 ． o 0 元 模具制造水平的提高， 除了需要模具制造企业不断学习和总结制造技术外， 还需要建立系统从模具设计到模具验收的“ 制造过 程控制检验标准” ， 加强模具制造过程的全面控制机模具的最终验收工作。 本书作者依据国内外的模具设计资料及 2 O多年的现场工作经验， 总结制订了模具工艺图、 模具设计图、 实型泡沫、 模具装配、 模具静态检验和动态检验六个方面的检查验收标准， 并对每一个检查项 目都以图解的形式列出了最主要及最基本的检查内容， 通 俗易懂， 实用性 、 可操作性强 ， 易于学习掌握。 本书不仅可以用作模具制造企业的“ 模具制造过程控制检验标准” ， 也可用作汽车整车制造厂新产品开发的“ 委托制造模具的 过程控制及验收标准” 。 来款请寄 北京市朝阳区望京路 4号， 机床杂志社收， 邮编 1 0 0 1 0 2 。 訾 u I 年 寻 ； 6 7